ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
钢管高强混凝土剪力墙是在钢筋混凝土剪力墙中嵌入钢管高强混凝土形成的一种组合剪力墙。为研究其抗震性能，设计制作了两批共10个剪跨比为2.44的钢管高强混凝土剪力墙试件并进行拟静力试验，对比分析各试件的承载力、延性、刚度及其退化过程、破坏形态、滞回特性及耗能能力。试验结果表明：钢管高强混凝土剪力墙试件初始刚度大、承载能力高，破坏过程中承载力和刚度退化较慢、延性好，低周反复荷载作用下的滞回曲线饱满，具有良好的抗震性能；即使在高轴压比下（设计轴压比为0.7），试件仍具有良好的延性与耗能能力。钢管高强混凝土剪力墙能有效解决高强混凝土应用于剪力墙中的脆性问题。
为了考察钢连梁与钢－混凝土组合剪力墙肢端板螺栓连接的抗震性能，考虑不同的连梁跨度和组合墙轴压比，设计并制作了4个1/4缩尺钢连梁与钢混凝土组合剪力墙连接试件，在保持组合墙体恒定轴压力的情况下，对钢连梁施加竖向往复荷载，比较了试件的受力发展过程和最终破坏形态，分析了试件荷载-位移滞回性能、延性、耗能以及刚度退化等受力特征。结果表明：端板螺栓连接形式能够满足钢连梁与组合剪力墙连接区域的承载力、变形与耗能能力需求，承载力与刚度退化不明显；组合剪力墙边缘预埋钢构件与剪力墙其余部分的连接属薄弱部位，应予以加强；轴压比增大时，连接区域混凝土开裂、剥落现象更严重，峰值荷载、位移延性略有提高；连梁跨度增大时，连接区域参与耗能的程度加大，混凝土破坏会更严重。利用有限元分析软件对试件的荷载-位移骨架曲线进行了数值模拟，数值模拟结果与试验结果吻合良好。
为验证某多层钢筋混凝土框架结构采用防屈曲支撑加固后在地震作用下的抗震性能，以实际工程为背景，对未加固结构及采用防屈曲支撑加固结构进行了1/5比例缩尺模型振动台试验，主要研究了模型结构的动力特性、阻尼比、地震反应、防屈曲支撑的耗能能力及震后防屈曲支撑的性能变化。试验结果表明：未加固模型结构在地震输入下未能实现规范的“三水准”抗震目标，采用防屈曲支撑加固后的模型结构改柱铰机制为梁铰机制，地震反应得到有效控制，最大位移降低率达97%；防屈曲支撑在多遇地震作用下仅增加结构抗侧刚度，分担地震剪力约占地震总剪力的34%~49%，设防及罕遇地震作用下防屈曲支撑屈服变形明显，有效提高结构阻尼，耗散的能量占地震输入总能量的25%~51%；不同型号防屈曲支撑震后性能变化有较大差异，防屈曲支撑结构体系的破坏形态为防屈曲支撑首先断裂失效，进而梁柱破坏。
对2个剪跨比为1.5的模塑聚苯乙烯保温模块单排配筋再生混凝土中高剪力墙足尺试件进行拟静力试验，其中1个带保温模块和面层砂浆，1个不带保温模块和面层砂浆。分析了2个试件的破坏特征和抗震性能，并与同类型低矮剪力墙试件（剪跨比为1.0）进行了对比。基于软化拉压杆模型，考虑面层砂浆贡献，建议了保温模块单排配筋复合剪力墙受剪承载力计算模型与公式。研究表明：保温模块及面层砂浆能有效提高墙体的承载力及弹塑性变形，显著提高墙体抗震耗能能力；剪跨比对墙体抗震性能及破坏形态有较大影响，小剪跨比墙体破坏时表现为腹板主斜裂缝出现后，翼缘底部出现剪切斜裂缝的剪拉型破坏，较大剪跨比墙体破坏时表现为腹板主斜裂缝出现后，翼缘底部受压破坏的剪压型破坏；采用的保温模块单排配筋复合剪力墙承载力计算模型及计算式，其计算值与实测结果符合较好，可用于该剪力墙斜截面受剪承载力计算。
为了研究部分外包混凝土组合梁在正弯矩作用下的受力性能，考察钢梁腹部钢筋混凝土对组合梁承载力及刚度的影响，对4根简支梁试件进行了试验研究，其中包括1根普通钢-混凝土组合梁试件和3根钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式的部分外包组合梁试件。试验结果表明：钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式对部分外包组合梁的受弯承载力和刚度没有显著的影响；与普通钢－混凝土组合梁相比，由于钢梁腹部钢筋混凝土的贡献，部分外包组合梁的受弯承载力和抵抗变形的能力均有较大的提高；承载力极限状态时部分外包组合梁中钢梁与腹部混凝土之间的相对滑移值较小，其滑移效应对组合梁截面受弯承载力的影响可以忽略不计。在试验研究的基础上，推导了部分外包组合梁塑性受弯承载力的计算公式，计算结果表明，简化塑性理论可以较准确地预测该类组合梁的受弯承载力。
为研究低烈度区多层剪力墙结构采用比现行规范规定偏低配筋时的抗震性能和工程应用可能性，针对4种不同平面布置形式的多层剪力墙结构，依据现行结构设计规范，分别按抗震设防烈度6度、7度（0.10g和0.15g）进行抗震设计，并减少结构设计规范要求的墙身构造钢筋量，形成低配筋多层剪力墙结构。经对设计完成的相同平面布置的低配筋剪力墙结构的截面和配筋情况进行对比，发现6度和7度（0.10g）设防区的构件截面和配筋完全相同，而与7度（0.15g）设防区稍有差别。采用Perform-3D程序对设防烈度7度区低配筋多层剪力墙结构进行非线性动力反应分析，结果表明：结构在7度罕遇地震作用下的地震反应很小，进入非线性的区域不大，结构损伤轻微；对比墙身配筋率显著小于低配筋多层剪力墙结构的剪力墙试件试验结果发现，在7度罕遇地震作用下，低配筋多层剪力墙结构中剪力墙的损伤很小，且最大层间位移角远小于其极限位移角。因此，低配筋多层剪力墙结构的抗震性能良好，可以在低烈度抗震设防区（6度和7度区）采用。另外，根据分析结果，建议墙体水平和竖向分布钢筋配筋率分别为0.15%和0.10%。
以剪跨比和轴压比为主要变化参数，设计了5个圆形截面中空夹层钢管混凝土短柱试件，对其压-弯-剪复合受力性能和破坏形态进行研究。试验结果表明：随着剪跨比的增大，试件的初始刚度及极限荷载下降；轴压比为0.15的试件比轴压比为0的试件极限荷载略高，但两者的初始刚度接近；中空试件与实心试件的荷载-位移关系曲线基本吻合。采用有限元分析软件ABAQUS对圆形截面中空夹层钢管混凝土压-弯-剪短柱试件的荷载-变形关系进行分析，所得到的荷载-变形关系曲线与试验结果符合较好。在此基础上，通过对不同参数的圆形截面中空夹层钢管混凝土短柱的计算，分析轴压比和空心率对荷载-变形关系曲线的影响以及混凝土和钢管对承载力的贡献。分析结果表明：随着轴压比（0~0.8）的增加，短柱的受剪承载力先略有提高，然后下降；随着空心率（0~0.75）的增大，短柱的受剪承载力降低。
H型钢拼接组合钢管混凝土墙/柱构件的钢管和管内混凝土通过栓钉连接在一起，其管腔内不设置内隔板，与钢梁采用竖板连接方式。为了研究柔性连接件栓钉对钢管和管内混凝土间内力分配的影响，对其进行了弹性理论分析。分析得到钢管和混凝土界面抗滑移力分布形式，并求得楼层不同部位钢管和混凝土内力。分析表明，钢管和管内混凝土间的轴力分配方式不完全符合轴压刚度分配原则，每层顶部的钢管和底部的管内混凝土内力有所增大，增大幅度与其所处楼层位置有关。从限制荷载传递长度出发，给出了设置栓钉的数量，供设计参考。
基于试验研究成果，选取合理的材料本构关系，采用理论分析与试验数据回归分析相结合的方法，得出PVC圆管钢筋混凝土柱荷载-位移骨架曲线各特征参数计算方法。在此基础上，考虑轴压比、剪跨比、CFRP条带环箍间距的影响，给出PVC-CFRP圆管钢筋混凝土柱屈服荷载、峰值荷载、极限荷载及其对应的位移等骨架曲线特征参数计算式，并与试验结果进行对比，验证了骨架曲线特征参数计算方法的正确性。采用统计分析软件 SAS 进行回归分析，提出卸载刚度的计算方法，基于Clough退化三线型恢复力模型，给出PVC-CFRP圆管钢筋混凝土柱恢复力模型的滞回规则，建立PVC-CFRP圆管钢筋混凝土柱恢复力模型，模型计算结果与试验结果吻合较好。
为研究铝合金压弯构件的失稳破坏特征、稳定承载能力及变形性能，进行了13根箱形截面与16根L形截面6082-T6 型高强铝合金构件的偏心受压试验，其中包括绕弱轴与绕强轴偏心受压两种情况。利用有限元分析软件ABAQUS对全部试验试件进行了数值模拟，在有限元模型获得试验结果验证的基础上，对影响压弯构件稳定承载力的影响因素，包括截面尺寸、正则化长细比、偏心方向及偏心率等进行参数分析，获得了1.908根压弯构件模型稳定承载力数值模拟数据；利用试验及有限元参数分析结果，对GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》中计算压弯构件承载力计算方法进行了验证及稳定承载力相关公式的参数修正。研究结果表明：箱形压弯构件均发生绕弱轴整体弯曲失稳；L形截面绕弱轴偏心构件发生绕弱轴的弯曲失稳，当λ-≤1.0时，绕强轴偏心受压构件发生弯扭失稳，而当λ->1.0时，出现绕弱轴弯曲失稳。有限元模型可以精确预测6082-T6铝合金压弯构件的稳定承载力、变形性能及失稳模式，修正后的稳定承载力计算公式精度得到提高，并适用于双轴对称箱形与单轴对称的L形截面，为铝合金构件的实际工程应用提供了依据。
通过7根复杂截面薄壁铝合金轴压试件试验，研究了该类截面试件轴压作用下局部屈曲及局部与整体耦合屈曲的性能。试件长度分别为350 mm和190 mm；初弯曲方向分别沿截面对称轴和非对称轴方向；初弯曲取值分别为试件长度的1/500和1/70。分析了各试件的破坏模式、屈曲承载力及荷载轴向位移曲线等。建立了非线性有限元分析模型，并利用试验结果，验证了有限元模型的正确性。采用验证的有限元模型，分析了615根不同板件厚度和构件长度模型的屈曲承载力。将分析结果与采用现行美国、欧洲和我国的铝合金结构设计规范，美国冷弯钢结构设计规范及直接强度法计算的屈曲承载力进行了对比。结果表明：各国规范均低估了复杂截面铝合金试件的屈曲承载力，其计算结果与有限元分析结果的比值均小于0.85；相比各国规范，直接强度法可更精确地计算复杂截面铝合金轴压试件屈曲承载力，其结果与有限元分析结果的比值约为0.90。
介绍了H型钢梁与矩形钢管柱连接节点的节点类型和单向螺栓产品及其受力性能的研究现状。通过对3种不同形式的外伸式端板单向螺栓连接节点的单调静力加载试验，得到了各试件的破坏模式和弯矩转角曲线，研究了螺栓承载力、端板厚度、柱壁厚度对节点破坏模式的影响。〖JP2〗基于试验现象提出了用于理论计算的螺栓力分布模式。运用EN 1993-1-8的等效T形连接件法计算了由端板材料强度控制的节点受弯承载力。利用屈服线理论，基于试验现象提出了钢管柱壁的屈服线模式，通过虚功原理求解出由柱壁材料强度控制的节点受弯承载力。研究表明，螺栓、端板、柱壁间的相对强弱关系直接影响节点的破坏模式，相对较弱的部件会先于节点中其余部件发生破坏。理论计算值与试验结果相比偏保守。最后提出了H型钢梁与矩形钢管柱连接节点的设计准则。
为研究方钢管柱-H形钢梁铸钢连接节点的静力性能，对8个节点试件进行了单调加载静力试验。结果表明，当节点柱受弯能力大于梁受弯能力时，在单调加载下铸钢连接件环板以及梁翼缘屈服、梁截面屈曲，最终发展到梁端形成塑性铰而破坏；反之节点则表现为节点域剪切破坏，最终破坏形式为铸钢连接件弯曲。节点的转动刚度符合钢框架刚接节点要求。在此基础上，通过理论及有限元分析得出在保证钢管柱受弯能力大于H形钢梁受弯能力的前提下，当钢管柱外径为250~400 mm，铸钢连接件环板宽度为25~40 mm、厚度为60~90mm时，节点承载力的理论值和有限元分析结果与试验结果吻合良好，进一步验证了基于变形协调原则的方钢管柱H形钢梁铸钢连接节点承载力计算理论的适用性。
为了研究格构式钢管混凝土风电塔架结构中节点的破坏机理和力学性能，进行了6个KT型钢管混凝土节点的静力试验研究，并采用ABAQUS有限元软件对其进行了分析。通过变化腹杆的搭接率和塔柱径厚比两个参数，分析了节点的承载性能。结果表明：腹杆搭接间隙节点的破坏模式为塔柱壁的材料强度破坏，搭接率为0的节点和搭接节点均为受压腹杆失稳屈曲破坏。间隙节点的高应力区出现在拉腹杆与直腹杆的间隙以及受拉腹杆与塔柱相贯线的冠点与鞍点之间，等效应力峰值点达661 MPa，而搭接率为0的节点以及搭接节点的高应力区出现在受拉腹杆与塔柱相贯线的踵点与鞍点之间。搭接率在一定范围内时，节点的承载力随搭接率的增加而逐渐增加，但高应力区也随之逐渐集中，材料利用率逐渐降低，受力趋于不合理。塔柱径厚比对间隙节点的节点区等效应力分布的影响最大，其次是搭接节点和搭接率为0的节点，搭接率为0的节点对塔柱径厚比不敏感；塔柱径厚比相同时，腹杆和焊缝的材料强度成为控制节点承载力的主要因素，塔柱径厚比对间隙节点承载力的影响最大，其次是搭接节点和搭接率为0的节点。
对2个跨度为10 m的圆弧形平面圆钢管桁架拱模型进行全跨均布荷载作用下的静力试验研究，分析了平面钢管桁架拱的平面外稳定承载力。引入平面外转动弹簧单元、水平位移弹簧单元，建立弹簧-杆系有限元模型，对试验模型进行非线性有限元分析。试验和有限元分析结果表明：下弦杆无平面外支撑的平面钢管桁架拱，在极限状态时，受压上、下弦杆发生侧向弯曲失稳，并引起整体平面外弯曲失稳破坏；圆钢管相贯节点的平面外转动刚度对试验模型的平面外稳定承载力影响显著。弹簧-杆系有限元分析结果与试验结果较为吻合，可为同类型结构的平面外稳定分析、设计提供参考。
在某些特定情况下，隔震结构底部会产生拉力，由于普通隔震支座受拉能力较差，从而导致隔震层破坏。为此，提出具有抗拉功能的铅芯叠层橡胶支座（TLRB），与普通铅芯橡胶支座（LRB）相似，该支座具有较小的水平抗侧刚度，以隔绝水平地震能量输入，在大剪切应变时提供稳定的水平刚度和恢复力，同时可以有效承受拉力。通过试验对TLRB试件的偏压、偏拉刚度及拉压状态下的水平刚度等特性进行了研究，并对其极限压缩、拉伸及剪切等性能进行了分析。同时对LRB试件进行了对比试验。试验结果表明，TLRB具有可靠的受拉特性及良好的水平刚度特性，试验测得的TLRB最大受拉应力达3.51 MPa，远大于LRB的极限受拉应力；在受压状态下，当剪切应变从100%増大到250%时，TLRB的水平等效刚度减小了10.7%，而LRB水平等效刚度则减小了52.9%。根据试验结果及橡胶体弹性理论，给出了TLRB在受压、受拉状态下的水平刚度计算式，建立了支座极限剪切应变计算式，确定了TLRB在拉剪作用下不会发生破坏的安全范围。数据分析表明，采用建议相关计算式的计算结果与试验结果吻合较好。
通过对波形钢板焊接连接件(以下简称焊接件)的等幅疲劳加载试验和有限元分析，研究此类焊接件的应力集中特性，并对其进行寿命评价。结果表明：疲劳荷载作用下该类焊接件的破坏模式可类比于焊接波形钢腹板H 形钢梁(以下简称钢梁)，即发生在近波形钢腹板倾斜段终点部位焊趾处的典型疲劳破坏；波形倾斜段倾角和曲率半径与波高的比值对波形钢板平直与倾斜过渡段部位的局部应力集中影响显著，应作为设计控制参数；研究提出了将以上两参数作为变量的应力集中（即仅考虑几何应力）计算式；采用该几何应力方法可以减小波形倾斜段倾角对疲劳寿命数据离散性的影响，从而使疲劳评定简化。通过引入波形钢板焊接构造细节的应力集中系数，对不同波形倾斜段倾角情况下焊接件的疲劳寿命进行预测；将规范典型焊接接头构造细节的疲劳寿命与焊接件疲劳试验结果进行了对比。结果表明：采用AASHTO-2004规范和JSSC-1993规范对波形倾斜段倾角为45°和60°的连接细节可基本采用同一寿命评价等级；从97.7%保证率的角度考虑，波形倾斜段倾角为30°、45°和60°的连接细节可分别采用与GB 50017—2003规范对应的3类、4类、5类构件和连接，与TB 10002.2—2005规范对应的Ⅲ类、Ⅶ类和Ⅷ类来评价其寿命。
外贴碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土的界面抗疲劳性能是影响重复荷载作用下外贴CFRP加固混凝土梁加固效果的关键因素之一。基于梁铰式疲劳试验，对CFRP布混凝土界面抗疲劳性能进行研究。试验结果表明：在黏结长度大于有效黏结长度时，重复荷载作用下CFRP布混凝土界面的破坏过程可以分为初始剥离形成、剥离缓慢发展、剥离快速发展3个阶段，分别约占疲劳寿命的0～10%、10%～90%和90%～100%；在其他条件相同的情况下，提高混凝土强度或增加黏结长度可提高疲劳寿命，而随着CFRP布与混凝土宽度比的增大，疲劳寿命降低。基于试验结果，提出了考虑应力比（循环荷载作用下CFRP布的谷值应力与峰值应力之比）、混凝土强度、CFRP布与混凝土宽度比、黏结长度4个影响因素的CFRP布-混凝土界面的疲劳寿命曲线，并在传统疲劳寿命预测方法基础上，提出了考虑多因素的CFRP-混凝土界面疲劳寿命预测方法。
为研究采用蒸压无石棉纤维素纤维水泥板(CCA板)覆面的轻钢龙骨式复合墙体的抗剪性能，进行了13片足尺墙体的水平单调加载和低周反复加载试验。试验结果表明，采用CCA板覆面轻钢龙骨式复合墙体的破坏主要表现为自攻螺钉连接处的CCA板拉裂或者螺钉拔出，最终CCA板失去传递剪力的能力而破坏，轻钢龙骨未发生明显破坏。基于试验结果，得到了各类CCA板覆面墙体的屈服荷载、最大荷载、破坏荷载以及位移延性系数等性能指标。最后，分析了CCA板厚度、密度以及加载方式对轻钢龙骨式复合墙体受剪性能的影响，并与OSB板、石膏板覆面墙体进行了比较。
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